Language
Country/Area
No result found
Мастер ритма в биологии: как CPG управляет нашей походкой и дыханием?
В биологии центральные генераторы паттернов (ЦПГ) — это нейронные цепи, способные автономно производить ритмический транспорт, без необходимости внешнего ритмического ввода. Они управляют таким поведением, как походка, дыхание, плавание и даже жевание, играя центральную роль в движении живых организмов. Работа CPG не только демонстрирует биологическую адаптируемость, но и дает нашему телу возможность адаптироваться к изменяющейся окружающей среде.
CPG характеризуется способностью к самоорганизации и способностью гибко приспосабливаться в ответ на внешние раздражители.
Характеристики CPG-нейронов
Нейроны CPG обладают множеством внутренних мембранных свойств, которые позволяют им выполнять различные функции. Некоторые нейроны испытывают всплески потенциалов действия в отсутствие внешней стимуляции, в то время как другие демонстрируют постингибирующий отскок после снятия торможения. Кроме того, частота возбуждения CPG-нейронов при стабильной деполяризации также будет адаптироваться, то есть частота будет постепенно снижаться с течением времени.
Генерация ритма
В сетях CPG существует два основных типа механизмов генерации ритма: синхронизированная генерация ритма (кардиостимулятор) и интерактивное торможение (реципрокное торможение). В «синхронизированной» сети некоторые нейроны действуют как основные генераторы ритма (кардиостимуляторы), заставляя другие нейроны, не имеющие импульсов, выполнять ритмические паттерны. В сети «интерактивного торможения» две группы нейронов подавляют друг друга, образуя полуцентровые осцилляторы. Когда эти нейроны связаны друг с другом, они могут производить чередующиеся модели активности.
Даже изолированно эти нейроны могут производить ритмический сигнал, который обеспечивает физиологическую основу для их запросов.
Влияние нейромодуляции
Нейромодуляция имеет решающее значение для функции CPG. Организмы должны адаптировать свое поведение к изменениям внутренней и внешней среды. Регулировка CPG может изменить его функциональную комбинацию и создать разные режимы вывода. Когда нейромодулирующий сигнал потерян, генерация определенных моделей движений может быть полностью потеряна. Например, применение различных нейромодуляторов может вызывать различные модели движений, что еще раз демонстрирует важную роль нейромодуляции в адаптивном движении.
Роль сенсорной обратной связи
Хотя теоретически заданный ритм и шаблон CPG генерируются централизованно, CPG также можно корректировать на основе сенсорной обратной связи. Эта информация может повлиять на общую настройку паттерна. Например, если при ходьбе в одной ноге находится камень, даже если ощущение присутствует только в определенной фазе, это все равно повлияет на весь паттерн походки.
Изменения сенсорной информации могут касаться различных фаз паттерна и могут привести к возникновению феномена реверсии рефлекса.
Множество функций CPG
CPG играет важную роль во многих функциях, особенно в движении, дыхании и других колебательных функциях. Например, еще в 1911 году ученые обнаружили, что спинной мозг может создавать модели походки без команд головного мозга. Это открытие впоследствии получило широкую поддержку в модели плавания различных организмов, включая позвоночных и некоторых беспозвоночных, таких как акулы.
Заключение
Из этих исследований видно, что работа CPG не только отражает внутреннюю структуру организмов и точную работу нервной системы, но также подразумевает, что нейромодуляция и сенсорная обратная связь обеспечивают поведенческую адаптивность организмов. С развитием науки понимание того, как CPG влияет на наши движения и дыхание, по-прежнему остается горячей темой текущих исследований, что заставляет нас задаться вопросом: как будущие исследования изменят наше понимание и применение биологических ритмов?
